Electrolyse de l’eau Consigne

Electrolyse de l’eau

Consigne

(30 min)

George Stoney, utilisant ses propres travaux et ceux de Loschmidt et Maxwell sur les gaz ainsi que les résultats de Faraday concernant l’électrolyse, avait-il pu approcher la valeur de la charge de l’électron en 1874 ?

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Lois de Faraday

 Première loi : la quantité de substance libérée lors de l’électrolyse à une électrode est proportionnelle au temps et à l’intensité du courant électrique, donc à la charge électrique.

 Seconde loi : les masses des divers corps libérés aux électrodes par la même quantité d'électricité sont entre eux comme leurs équivalents chimiques*.

Ainsi Faraday constate que l’électrolyse de 9 g d’eau met en œuvre une quantité d’électricité de 96500 coulombs**environ. Or cette électrolyse libère 1 g d’hydrogène, ce qui correspond à un volume gazeux de 11,2 L dans les conditions normales de température et de pression.

*La notion d'équivalent chimique, correspond au fait que lors d'une réaction chimique les corps se combinent toujours dans des rapports constants : par exemple, 1 g d'hydrogène se combine à 8 g d'oxygène pour former 9 g d'eau et inversement lors de l’électrolyse de l’eau.

**Les unités électriques (volt, ohm, ampère, coulomb…) ont été définies par le premier Congrès International d’Electricité à Paris en 1881.

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George Stoney

Le travail scientifique le plus important de Stoney fut la conception et le calcul de la grandeur de l'« atome d'électricité » ou de la « particule d'électricité », pour laquelle il inventa le terme électron. Il estima également le nombre de molécules existant dans un millimètre cube de gaz, à la température ambiante et à pression atmosphérique, à partir de données issues de la théorie cinétique des gaz. Des déterminations similaires de cette quantité, qui est équivalente au nombre d'Avogadro, ont été faites indépendamment par d'autres grands scientifiques, notamment Johann Josef Loschmidt à Vienne et William Thomson (Lord Kelvin).

En 1874, Stoney avait déjà calculé la grandeur de son électron [la valeur de sa charge] à partir de données issues de l'électrolyse de l'eau et de la théorie cinétique des gaz. […]

https://fr.wikipedia.org/wiki/Johann_Josef_Loschmidt

Nombre de Loschmidt. En 1811, Amedeo Avogadro avait émis l'idée selon laquelle le volume d'une certaine quantité d'un gaz devait être proportionnel au nombre de molécules contenues dans ce volume. En 1865, dans la seconde partie de son ouvrage Etudes chimiques, Josef Loschmidt calcule la première approximation du nombre de molécules d'air par unité de volume. Il estime qu'il y a 1,81 x 10²⁴ molécules par m³ d'air. Ce nombre est ré-estimé à 1,9 x 10²⁵ par Maxwell qui l'appelle Constante de Loschmidt*.

* En 1909, Jean Perrin a calculé le nombre de molécules contenues dans une mole de gaz et l'a appelé Nombre d'Avogadro : NA= 6,02 x 10²³. Sachant qu'une mole de gaz occupe 22,4 Litres dans les conditions normales de température et de pression, la constante de Loschmidt est égale à L = 2,69 x 10²⁵ m^-3. Cette découverte de Loschmidt fut très importante pour le jeune Boltzmann. Elle consolida ses conceptions atomistes et son approche probabiliste de sa théorie de la chaleur.

Stoney était un penseur excentrique et original. Il fut le premier à trouver comment déduire l'existence d'une atmosphère gazeuse sur d'autres planètes du système solaire d'après la gravité nécessaire à sa surface pour la retenir. Mais sa passion, il la réservait pour l'idée qu'il chérissait le plus, « l'électron ». Stoney en était venu à la conclusion qu'il devait exister une composante de base de la charge électrique. En étudiant les expériences de Michael Faraday sur l’électrolyse, Stoney avait même pu prédire la valeur qu'elle devait prendre. Celle-ci fut ensuite confirmée par J. J. Thomson qui découvrit l'électron à Cambridge en 1897 et annonça sa découverte à la Royal Institution le 30 avril. À cette quantité minimale de charge électrique, Stoney donna le nom d'«

électron » et le symbole e en 1891 (après l'avoir appelé « électrine » en 1874) et il ne manqua jamais l'occasion de faire savoir ses propriétés et son intérêt potentiel pour la science.

John D. Barrow. Les constantes de la nature.